Двухтактный инвертор

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советския Социалистических Республик(51)М. Кл. и 02 М 7/537 с присоединением заявки %в Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ДВУХТАКТНЫЙ ИНВЕРТОР Изобретение относится к приборостроению и может быть применено вкачестве вторичного источника питаниярадиоэлектронных устройств,Известны двухтактные инверторы,позволяющие регулировать выходноенапряжение с помощью широтно-импульсной модуляции 11 и 21 .Однако такие инверторы либо сложны, либо не позволяют дополнительнорегулировать амплитуду выходного напряжения,Наиболее близким по технической сущности к предложенному является 15 двухтактный инвертор, содержащий по крайней мере пару подключенных к выходным выводам управляемых ключей, входы которых подсоединены к широтно- импульсному модулятору, а их сила вые электроды связаны с дросселем, диодом и выходными выводами 3).Однако габариты фильтра значительно возрастают за счет интервалов между импульсами при регулировании выходного напряжения, кроме этого, невозможно одновременно регулировать амплитудное среднее и действующее значение переменного напряжения.30 Цель изобретения - уменьшение массо-габаритных показателей.Это достигается тем, что предложенный двухтактный инвертор, содержащий по крайней мере пару подключенных к выходным выводам управляемыхключей, входы которых подсоединенык широтно-импульсному модулятору, аих силовые электроды связаны с дросселем, диодом и выходными выводами,снабжен дополнительным диодом и управляемыми вентилями, дроссель включен последовательно между силовымипереходами управляемых ключей, егокрайние выводы через упомянутыедиоды подключены к входным выводам,а через управляемые вечтили - к одному из выходных выводов, причемуправляющие электроды последних подсоединены к широтно-импульсному модулятору.Для исключения ухудшения формывыходного напряжения при индуктивномхарактере нагрузки к выходным выводам подключен вход дополнительноговыпрямителя, а к его выходу подключены параллельно соединенные конденсатор и резистор.На чертеже схематически изображенпредложенный инвертор, 681525Двухтактный широтно-импульсныйиннертор с нагрузкой 1 имеет плечи2 и 3. Плечо 3 выполнено в виде емкостного делителя напряжения (Фиг. 1б) или в виде последонательно соединенных ключей ( Фиг. 1 3 ).Плечо 2инвертора выполнено в виде пары последовательно соединенных ключей 4и 5, управляющие электроды которыхсоединены с выходами 6 и 7 широтноимпульсного модулятора 8, Инверторснабжен диодами 9 и 10 и дросселем 1 О11, шунтированным соединенными последовательно-согласно управляемыми вентилями 12 и 13, например тиристорами. Дроссель 11 включен последовательно между ключами 4 и 5. Нагрузка 1 15одним выводом 14 соединена с общейтОчкой управляемых вентилей 12 и 13,Управляющие электроды управляемыхвентилей 12 и 13 соединены с дополнительными выходами 15 и 16 источника 20тактовой частоты, которым, в частности, является широтно-импульсный модулятор 8, Последовательная цепьиз ключа 4 и дросселя 11 шунтыиронанадиодом 9, а последовательная цепь изключа 5 и дросселя 11 шунтированадиодом 10. В варианте, предусматривающем возможность изменения характера нагрузки 1, она шунтирована выпрямителем 17 с конденсатором 18 ирезистором 19 на его выходе.30Работает устройство следующим образом,В некоторый момент времени при помощи сигнала широтно-импульсного модулятора 8 открыт ключ 4 и заперт35ключ 5. В это же время открыт управляемый вентиль 13 сигналом с выхода16 модулятора 8. При этом ток нагрузки 1 протекает от положительноговывода питания иннертора через ключ 404, обмотку дросселя (от ключа 4 кключу 5), управляемый вентиль 13 инагрузку 1 ко второму плечу инвертора, и на нагрузке имеется падениенапряжения, плюсу которого соответствует вывод 14 нагрузки 1. На дросселе 11 также имеется некоторое падение напряжения, плюс которого соответствует верхнему выводу дросселя 11, При этом в дросселе 11 происходит процесс накапливания энергии.Такое состояние продолжается до мо"мента Формирования паузы на нуле.Прогресс Формирования паузы на нулехарактеризуется тем, что в течениевсего времени, соответствующего паузе на нуле (ступенька в Форме сиг"нала модулятора .8 на фиг. 1 а),тоЧки (б) и.(б) и/или (а) и (б)устройства закброчены по переменному токуоба ключа (4 и 5) инвертора 60закрыты, но управляемь 1 й вентиль, который был открыт до момента Формирования паузы на нуле, остается открытым, Таким образом, после запиранияключа 4 открытым остается управляемый 65фвентиль 13. Поскольку магнитный поток дросселя 11 (и соответственно его ток) не изменяется скачкообразно, запиранию ключа 4 (т,е. разрыву токовой цепи дросселя 11) соответствует мгновенное изменение полярности напряжения на обмотке дросселя 11 и одновременное мгновенное увеличение этого напряжения до бесконечности, если в этот момент не подключен к дросселю 11 потребитель, Это напряжение изнестно как ЭДС самоиндукции дросселя.Таким образом, н момент запирания ключа 4 дроссель 11 превращается в источник тока, при этом потенциал на его верхнем выводе отрицателен, а на нижнем положителен. При помощи диода 10 обеспечивается замыкание токовой цепи дросселя 11 в течение всего интервала времени, соответствующего паузе на нуле, Ток в этом случае, не изменяя своей полярности и величины в обмотке дросселя 11, протекает от его нижнего вывода через управляемый вентиль 13, нагрузки 1, от точки (б ) к точке ( ) второго плеча 3 и через открывшийся диод 10 - к верхнему выводу дросселя 11.Таким образом, в момент запирания ключа 4 н нагрузке 1 не изменяются ни направление тока, ни его величина, Соответственно при активном характере нагрузки 1 не изменяются величина и полярность напряжения на ней.В течение всего, времени, соответствующего паузе на нуле, через нагрузку 1 протекает убывающий ток дросселя 11. Изменение тока дросселя является величиной обратнопропорциональной его индуктивности. Поэтому при выборе достаточно большой индуктивности дросселя 11 убывание его тока в течение времени, соответствующего паузе на нуле, достаточно мало, что позволяет считать ток нагрузки 1 в этом интернале времени неизменным. Этот эффект известен как интегрирующее действие дросселя и используется н сглаживающих ЬСФильтрах, причем величина сглаженного напряжения на выходе фильтра равна среднему значению пульсирующего напряжения на его входе.Таким образом, в течЕние вРемени, соответствующего длительности паузы на нуле, напряжение на нагрузке 1 остается практически неизмэнным (при ее активном характере) и равным той величине, которая установилась к моменту формирования паузы на нуле.Соответственно потенциал вывода 14: нагрузки и нижнего вынода дросселя 11 также остается неизменным и положительным относительно отрицательной шины питания инвертора. При этом потенциал верхнего. нывода дросселя равен примерно 1 В относительно отрицательной шины инвертора (прямое падение напряжения диода 10) и не может быть более отоицательным благодаря действию диода 10.По окончании нулевой паузы происходит переключение инвертора. Мо 5 мент переключения характеризуется тем, что на выходе б модулятора 8 отсутствует сигнал отпирания ключа 4, а на его выходе 7 появляется сигнал отпирания ключа 5. На выходе 16 источника тактовой частоты отсутствует сигнал отпирания управляемого вентиля 13, а на его выходе 15 появляется сигнал отпирания управляемого вентиля 12.В результате отпирания ключа 5 15 потенциал нижнего (положительного) вывода дросселя 11 снижается до потенциала отрицательной шины питания инвертора. Дроссель 11 при этом шунтирован открытыми ключом 5 и диодом 70 10, ток дросселя протекает от нижнего вывода к верхнему через ключ 5 и диод 10. Управляемый вентиль 13 при этом запирается, поскольку его анод больше не находится под потен циалом, положительным относительно катода (при активном характере нагрузки). При индуктивном характере нагрузки 1 в момент отпирания ключа 5 в ней имеется убывающий ток, и управляющий вентиль 13 запирается с некоторым запаздыванием, в тот момент, когда ток нагрузки упал до незначительной величины.С момента отпирания вентиля 12 ток проходит от положительной шины источника питания инвертора к точке (б ), через нагрузку к его выводу 14, через управляемый вентиль 12, через дроссель 11 (как и прежде, от верхнего к нижнему выводу) и через открытый ключ 5 к отрицательной шине источника питания инвертора. Поскольку ток дросселя 11 не изменяет скачкообразно своей величины, значение тока, протекающего через дрос сель 11 (соответственно через нагрузку 1), не изменяется, но в то же время изменяется его полярность в нагрузке 1, т.е. напряжение на нагрузке 1 изменяет полярность, оста ваясь неизменным по абсолютной величине.Далее процессы повторяются.Следует отметить, что неодновременность отпирания ключа и соответ ствующего ему управляемого вентиля не опасны для работы.инвертора: первым из открывшихся элементов закорачивается дроссель 11, а второй замыкается цепь тока нагрузки.60Таким образом, предложенный инвертор позволяет обеспечить неизменный по абсолютному значению ток в нагрузке 1 .нри изменении его полярности, .что соответствует прямоугольной форме напряжения неизменной амплитуды (для активного характера нагрузки) .При этом используется интегрирующее действие дросселя 11, т.е. в процессе работы инвертора направление тока дросселя 11 остается неизменным, в результате чего амплитуда напряжения на нагрузке 1 примерно равна среднему значению выходного напряжения эквивалентного известного регулируемого широтно-импульсного инвертора.При работе инвертора возможно ухудшение формы напряжения на нагрузке 1, например, в случае, когда характер нагрузки индуктивный (наличие выбросов напряжения) . В этом случае ухудшение формы напряжения на нагрузке 1 исключается при помощи выпрямителя 17 с конденсатором 18 и резистором 19 (в моменты выбросов напряжения диоды выпрямителя 17 отпираются, и конденсатор 18 шунтирует нагрузку 1, а затем разряжается через резистор 19) .Формула изобретения1. Двухтактный инвертор, содержащий по крайней мере пару подключенных к входным выводам управляемыхключей, входы которых подсоединенык широтно-импульсному модулятору,а их силовые электроды связаны сдросселем, диодом и выходными выводами, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью уменьшения массо-габаритных показателей, он снабжен дополнительнымдиодом и управляемымивентилями, дроссель включен последовательно между силовыми переходами управляемых ключей, его крайниевыводы через упомянутые диоды подключены к входным выводам, а черезуправляемые вентили - к одному извыходных выводов, причем управляв-шие электроды последних подсоединенык широтно-импульсному модулятору,2. Инвертор по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, "то, с целью исключения ухудшения формы выходного напряжения при индуктивном характеренагрузки, к выходным выводам подключен вход дополнительного выпрямителя, а к его выходу подключены параллельно соединенные конденсатори резистор.Источники информации, принятыево внимание при экспертизе1. Патент ВеликобританииР 1439676, кл. Н 2 Р, 1976.2. Авторское свидетельство СССР681525Составитель С.ОгневРедактор Е.Кравцова Техред М.Келемеш Корректор В.Синицкая Заказ 5101/49 Тираж 857 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4